计算机控制系统论文

第一篇：计算机控制系统论文

计算机控制技术的应用

xx（沈阳工业大学 研究生学院，辽宁省 沈阳市110000）

摘要：随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展，因此，设计一个性能良好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统包括硬件、软件和控制算法3个方面，一个完整的设计还需要考虑系统的抗干扰性能，使系统能长期有效地运行。本文的主要目的就是在浅析计算机控制技术原理的同时，对计算机控制系统的发展趋势进行描述。关键词：计算机控制技术；原理；应用

中图分类号：TP29

文献标识码：A

文章编号：

The application of computer control technology

xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)

Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application

1.计算机控制系统组成

计算机控制系统的组成计算机控制系统由硬件和软件两大部分组成。而一个完整的计算机控制系统应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。1.1硬件部分

计算机控制系统的硬件构成将自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了典型的计算机控制系统。计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。1.2 软件部分

软件系统是控制机不可缺少的重要组成部分。只有在适当的软件系统支持下，控制视才能按设计的要求正常地工作。控制机的软件系统包括系统软件和应

用软件两大类。系统软件是用于计算机系统内部的各种资源管理、信息处理相对 外进行联系及提供服务的软件。例如操作系统、监控程序、语言加工系统和诊断 程序等。应用软件是用来使被控对象正常运行的控制程序、控制策略及其相应的 服务程序。例如过程监视程序、过程控制程序和公用服务程序等。应用软件是在 系统软件的支持下编制完成的，它随被控对象的特性和控制要求不同而异。通常 应用软件由用户根据需要自行开发。随着计算机过程控制技术的日趋成熟，应用 软件正向标准化、模块化的方向发展。标准的基本控制模块由制造厂家提供给用 户，用户只需根据控制的要求，经过简单的组态过程即可生成满足具体要求的专 用应用软件，大大方便了用户，缩短了应用软件的开发周期。提高了应用软件的 可靠性。

2.计算机控制系统的特点

（1）结构上：计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟和数字部 件的混合系统。

（2）计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等 多种信号形式。

（3）由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而使 计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析 和设计。

（4）计算机控制系统中，修改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂的 控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。

（5）计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器（控制 计算机）经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。

（6）采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便于 实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。

3.计算机控制系统的控制过程

（1）实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。

（2）实时控制决策：对采集到的被控量进行数据分析和处理，并按已定的控制 规律决定进一步的的控制过程。

（3）实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任 务。

4.计算机控制系统的设计过程

计算机控制系统的设计过程计算机控制体系的软件和硬件的组织构造是根 据它联系的设备不一样，有所改变的，他们的组织结构大致是一样地，可以涉及 到系统设计，控制任务，软件设计等。4.1系统方案设计

我们依据体系设计任务书进行总体方案设计，对体系的软件，硬件它们的构 造再考察它的要求，推算出合适它的的系统，组成一个新的系统。再时间很紧张 的时候可以拿现场的配件组合，再设计费用不到位的时候工作人员可以组织自己 设计的模式，但是要注意化风好软件和硬件的价格及时间，控制体系结构它的概括微型的处理器、存储器、选择好接线口、传感器、硬件的设计与调试的基本内容。4.2控制任务

我们要对超控设备进行调研，研究，了解工作程序是再体系设计1前应该做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任务，涵盖体系的终极目标，数据流量还有准确度，现场的要求，时间的控制，我们要严格按照计划说明操控，实现整个系统操作。4.3软件设计 计算机软件的设计要依据体系规划的总意见，确定体系下所要完成的各种功能及完成这些系统性能的推理和时差序关系，并用合理组成部件表格画出来。他们是根据体系组成表格不同的功能，分别规划出相应的控制体系所需要的软件。例如仿真的量输入和仿真量输出及数据处理还有互联和打字版处理格式等。每一种表格都可以单独进行实验调试，各种表格分别实验调试好以后，再按工作路线图推理和时间顺序关系将他们正确组合、互相连接、实验和调试。

4.4现场安装调试

首先要按设计计划合理组装装，对体系结构进行大体的演练和比较准确的演练，结合演练的结构数据重置体系的置和储存数据进行软硬件的调试，他们的构件组成都可以在演练数据下用对演练数据进行试研的办法同时进行，同时他们要进行统一的实验及推理，仿真物体是这个体系验证的最基本要求，而好的体系的数据调整实试要在现场进行。

5.计算机控制技术在自动化生产线上的应用

工业机器手臂的自动化的冲压生产线运行循环路线可以简单概括为：上下料机构板材冲压。钢板物料的传送、线头板料清洗涂油、钢板板物料料位置校正、第一台压床冲压、下料机器手臂提取物料、压床再次冲压、依设计流程传到下一个工序、机器人收取物料并裁剪、把它输送到下一台压床、下一台机器人接着提取物料、把物料放到输送装置上，工人开始按规定型号堆积板材。用工业机器人的自动化的生产线，会更加符合现再经济发展的需求及技术方面的创新。机器人手自动的化生产线适用于现在大规模的生产的各个行业，也适合已有生产线实现全自动的业再次更新，工程机器人自动的生产线通过改变不同的软件，它可应用于很多车型生产，它的可控制性能很好，工业机器人体系组成包括上下料结构、清洗涂油机体系对各种型号的冲床兼上下料体系、物料输送体系。各个分体系连接间的电气化操控是按照统一操做控制和删减控制的原则，他们再不同附件的操控系统中，他们是应用了机械与构建操控的很有代表性的一个组成，他们每个级别都应用不一样的互联网工程和软硬件控制，以达到不同的设计效果实现自动化。各部分操控体系采用具有现场总线形式的PtC操控方法，他有独立操控和智能操控的特点。为确保控制体系正常运转，我们在车间总的线路全部采用西门子Proflbus总线及di数字化的局域计算机网络的分布式包交换技术体系。每个监督控制结构的PiC之间及PiC与上～个机械间的联系全部采用了现代化的集成板的局域电脑互联网的分布式包交换技术，供监控体系相互联系时应用。冲床机的运动中枢应连接Ethetnet csrd与机器人的操控体系联网，操控体系与工业机器人的联系方式是通过Proflbus．DP的总路线连接的他们实现了信息的互换和连接。连接体系采用了HMI SIEMENS的触摸技术，在每一个可操控的部件上都放置一个显示屏，它应用了Proflbus的数据连接。各个部件都安装了信息指示灯和紧急开关，屏幕可看到系统信息及显示错误出现在那里，与这个设备有联系的的i＼O 信号在HMi上显示，他们以红灯和黄灯区分。系统如果发现哪里有情况，将会鸣笛警报，显示屏上将会出现问题出现在那里，以便维修人员查找。这个体系还有演练数字场景的能力，在磨拟演练中，它的压力和转动速度可能会影响到生产还有可能会发生操作控制与机械运转不同步的可能，体系是通机器人的离线程序控制的机器人的运行路线，来减少生产现场的实验休整周期。机器人冲压设备再生产中使用面很广，他改变了传统的劳动模式，改善了劳动条件及强度，确保了生产的安全，提高生产的进度及产品的合格率，它不但材料的生产流程还减少了浪费，节约了时间，缩小了生产成本，随着生产线的制作、调试设备的周期设计时间不断提前，机器人自动化生产线越来越为汽车主机厂所接受，成为冲压自动化生产线的主流。

6.竖炉球团计算机控制系统

结合球团生产的特点，将竖炉球团T艺分解为四组，即配料烘干组、润磨旁路组、造球组、竖炉组根据现场的实际情况。系统的控制设备主要分布在总控室和现场设备控制站，其中竖炉组控制箱全部放在总控室。按照竖炉自动系统的控制要求和各设备的功能，系统可分为四层，各层设备和功能如下。

第一层为处于系统底层—— 检测元器件与执行机构。该层主要有电动蝶阀、放散阀、各种仪器仪表、变频器以及快切阀等。主要完成生产设备的操作和工艺参数的监测，执行来自PLC的程序指令，并做出相应的操作或显示实时监测数据参数。

第二层为PLC控制层，包括CPU模块，PS模块，DI、DO、AI、AO模块，ET200M模块和各种网络通信接口适配器等 主要完成整个系统PLC站的控制网络集成，负责接收从设备层传送的信息、数据和上位机控制的命令，并将这些命令再反馈到设备层，完成中央信息层与设备层之间的信息、数据、命令传输及交换

第三层为中央信息层，即上位机控制层。监控上位机是j台研华IPC一610H工控机(配有Windowsxp操作系统，并安装STEP75．4西门子编程软件和组态软件)，一台为操作员站，一台为T程师站，另外一台作为操作员站和工程师站的热备；两台彩色喷墨打印机和相关网络通信设备等组成。通过上位机，操作人员可以远程控制现场各设备的运行，完成实时监测参数和现场设备运行状态的控制，历史数据的记录、查看，报警与故障的提示和处理等功能

第四层为网络和其他外部保护设备 工业以太网交换机、不间断电源(UPS)、信号避雷器和隔离器，用于发生断电、雷击或电磁干扰等情况，各种设备仍能安全稳定地运行且信号正确无误传送。

7.总结

计算机控制就是用计算机对一个动态对象或过程进行控制。在计算机控制系统中，用计算机代替自动控制系统中的常规控制设备，对动态系统进行调节和控制，这是对自动控制系统所使用的技术装备的一种革新。通过大量的阅读关于计算机控制的文章，了解到了计算机控制与我们密切相关，无处不在。也随着社会的发展，人们也越来使用计算机来控制，对与一些企业来说使用计算机控制，虽然技术或者一些仪器需要大量的资金，但是从长远方面来看，它节省了人力物力。从算机控制的技术应用的方面的考虑，我认为计算机控制的技术发展潜力还是很大的，值得我们去学习去研究。总之，随着计算机软件技术的逐渐发展，计算机的操作控制正逐步的进入到生产的各个领域。所以我们要不断创新改革，创作出一个更好的控制体系是非常有意义的。

参考文献

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第二篇：东北电力大学自动化计算机控制系统课程设计论文

东北电力大学自动化计算机控制系统课程设计论文

1.题目背景与意义

《计算机控制系统》是一门技术性、应用性很强的学科，实验课教环节是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验课教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。

《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及MCS-51单片机A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使学生不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。

设计题目介绍

设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。

标准电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA

(0～20mA

2.1发挥部分

1)

可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、与上位机通讯功能。

2)

完成以上基本设计部分之后，可以运用Protues仿真软件对设计结果进行相应的编程和仿真，调试测控系统并观察其运行结果(可以分部分完成)。

系统总体框架

图1总体框图

系统硬件设计

4.1

AT89C52

4.1.1

AT89C52的主要工作特性

片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；

片内数据存储器内含256字节的RAM；

具有32根可编程I/O口线；

具有3个可编程定时器；

中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；

串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；

具有一个数据指针DPTR；

低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；

具有可编程的3级程序锁定位；

AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；

AT89C52最高工作频率为24MHz。

4.1.2

AT89C52的最小电路

图2

AT89C52最小电路图

4.2

ADC0809

4.2.1

ADC0809概述

ADC0809是8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片

4.2.2

ADC0809的主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）

4）单个+5V电源供电。

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。

7）低功耗，约15mW。

4.2.3

ADC0809的内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图3所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

图3

ADC0809内部结构图

图4

ADC0809引脚图

图5

ADC0809

与AT89S52的连接电路

4.3

DAC0832

4.3.1

DAC832的主要特性参数

*

分辨率为8位；

*

电流稳定时间1us；

*

可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

*

只需在满量程下调整其线性度；

*

单一电源供电（+5V～+15V）；

*

低功耗，20mW。

4.3.2

DAC0832的工作方式及引脚图

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

DAC0832引脚图如图6所示

DC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图：

D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。

图6

D/A转换器引脚图

4.3.3

DAC0832的数模转换图

图7

DAC0832的数模转换图

4.4

MAX7219

MAX|X7219/MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。

4．4.2

MAX7219的功能特性

10MHz连续串行口

独立的LED段控制

数字的译码与非译码选择

150μA的低功耗关闭模式

亮度的数字和模拟控制

高电压中断显示

共阴极LED显示驱动

限制回转电流的段驱动来减少EMI（MAX7221）

SPI,QSPI,MICROWIRE串行接口（MAX7221）

24脚的DIP和

SO

封装

4.5

LED显示

图9

为MAX7219的8位LED显示电路实例。图5中，单片机89C52的P1.0、P1.1分别接MAX7219的串行数据输入端DIN和时钟信号CLK,P1作为LOAD信号。电阻R根据不同的LED选值，范围在7KΩ～

60KΩ之间。

图8　MAX7219

应用电路

5.系统软件设计

图9系统软件框图

6.结论

通过这次设计，我加深了对《计算机控制系统》这门课的了解，在查资料的过程中了解了各种芯片的作用和特点，尤其是对单片机的了解，懂得了如何将已学到的知识运用到实际中去，加深了对课本知识的理解，也学到了一些在课本中学不到的知识。

在设计的过程中我们克服了各种困难，了解了科研的艰辛，也培养了我们查阅资料自学的能力，使我们的学习能力和适应能力得到了提高

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李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社.1993

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第三篇：计算机控制系统期末总结

流量：1~3s温度：10~20s

液位：5~10s压力：1~5s

成分：10~20s位置：10~50ms

电流环：1~5ms速度：5~20ms

1at/T

s(1/T)lnaz za

sazataT eze

p单位阶跃：limz→11+G(z)=K

单位速度：limz→1T

（1−Z−1）G(z)

T2

（1−Z−1）G(z)=K vT单位加速度：limz→1

前向差分：s=z−1T=T2Ka 后向差分：s=

1−Z−1

1+Z−11−Z−1T双线性变换：s=∗T2

冲击不变D(Z)=Z[D(S)]

阶跃响应D Z = Z [1−e−TSS]D(S)

−1−1有纹波：Φ(Z)=Z−m u+cq+v−1z−（q+v−1））i=1 1−biz（c0+c1z

−1−1无纹波：Φ(Z)=Z−m w+cq+v−1z−（q+v−1））i=1 1−biz（c0+c1z

Smith补偿器： 1−z−N G0(Z)补偿后系统特征方程：1+D0 Z G0 Z = 0 状态反馈：ZI-(A-BK)判可控Wc求K

全维 ：ZI-(A-HC)判可观 WO T 求HT

G Z = C(zI−A)−1B+D

外部干扰：电网波动、大功率用电设备的启停、高压设备和电磁开关形成的电磁场、传输电缆的共模干扰

内部干扰：分布电容或分布电感的耦合、多点接地点的电位差、长线传输的波反射 作用途径：传导耦合、静电耦合、电磁耦合、公共阻抗耦合共模干扰抑制：变压器的隔离、光电隔离、浮地屏蔽

第四篇：计算机控制系统作业参考答案

《计算机控制系统》作业参考答案

作业一

第一章

1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。

答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制.控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成;软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。

被控制量 给定值偏差控制量被控对象 调节器

_

测量环节 计算机(数字调节器)

图1.3-2 典型的数字控制系统

1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。

答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型：

①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。

②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。

③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC计算机提供最佳给定值和最优控制量等。

④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT操作站相连。

1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？

答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点：

(1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标.(3)抗干扰能力强，稳定性好。(4)可以得到比较高的控制精度。(5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。

(6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度.(7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。

第二章

2.1.计算机控制系统有哪四种形式的信号？各有什么特点? 答：在计算机控制系统中，通常既有连续信号也有离散信号，这些信号一般是信息流,而不是能量流。可分为四种形式：⑴ 连续模拟信号：时间和信号的幅值都是连续的。

⑵ 阶梯模拟信号：时间是连续的，信号的幅值是阶梯形的。⑶ 采样信号：时间是离散的，信号的幅值是连续的脉冲信号。

⑷ 数字信号：信号的时间以及幅值都是离散的，且幅值经过了量化处理。

2.2.采样信号的频谱和原连续信号的频谱有何不同？

答：采样信号的频谱和原连续信号的频谱的区别：

①通常，连续信号带宽是有限的，频率的极限值wmax, 它的频谱是孤立的。采样信号的频谱是以ωs为周期的无限多个频谱所组成。

②∣y(jw)∣和∣y*(jw)∣形状相似。幅值只差一个比例因子1/T(又称为采样增益)。

2.3.计算机控制系统中的保持器有何作用，简述零阶保持器的特点。

答：保持器的原理是根据现在时刻或过去时刻输入的离散值,用常数、线性函数或抛物函数形成输出的连续值。零阶保持器有如下特性：

①低通特性：保持器的输出随着信号频率的提高，幅值迅速衰减。

②相位滞后持性：信号经过零阶保持器会产生相位滞后，它对控制系统的稳定性是不利的。

2.4.试求下例函数的Z变换：(采样周期为T)答：

（1）f(t)1(tT)（2）f(t)9t0t0t0

F(z)1z1 F(z)9Tz(z1)at2

a（3）f(k)0k1k1,2,3,k0e（4）f(t)0sin2tt0t0

F(z)za(za)F(z)zez2ze2aTsin2Tcos2Te2aTaT

2.5.设函数的La氏变换如下，.试求它们的Z变换: 答：

（1）F(s)s3(s2)(s1)（2）F(s)1(s5)Tze(ze2

F(z)zze2T2zzeT5T5T F(z))2

（3）F(s)1s3（4）F(s)10s(s1)2

F(z)Tz(z1)23 F(z)10Tz210(1eT)zT

2(z1)（5）F(s)10

s216F(z)2.5zsin4T2

z2zcos4T12.6已知函数的Z变换如下，.试求它们的y(kT): 答：（1）Y(z)zz2 1ky(kT)12(1)2 2（3）Y(z)2z(z1)(z2)y(kT)2(1)k4(2)k（5）Y(z)0.6zz2 1.6z0.6y(kT)1.5(0.6)k1.5(1)k（7）Y(z)z4(1z1)2 y(kT)k3 2.7求下列函数的初值和终值：

答：（1）F(z)2.7z z0.8y(0)2.7y()0

(z1)(z1)(ze)2）Y(z)z(z1)2

(z2)y(kT)2k1k

（4）Y(z)1

z(z0.2)y(kT)25(0.2)k

1（6）Y(z)13z3z1(10.5z1)(10.8z1)y(kT)3530.5k310.8k6

（8）Y(z)TeaTz

(zeaT)2y(kT)kTeakT

2（2）F(z)1.6zzz2

0.8z0.5y(0)1.6y()0

（

作业二

第三章

3.1 已知差分方程x(kT)ax(kTT)1(kT)，又知x(kT)0(k0);1a1.试用Z变换法求x(kT)和x(∞)。

x(kT)1a11ak答：

x()1a

3.2 已知F(z)z22z1.2z0.21 ,试用长除法和Z反变换法求解f(kT)。

答：f(kT)11.2z(0.2)41.24z5421.248z31.2496z4

kf(kT)(1)

k3.3 已知差分方程y(k1)2y(k)0,y(0)1，⑴ 用递推法求y(k)的前三项。⑵ 用反变换法求解y(k)。

答：（1）y(1)2ky(2)4y(3)8

（2）y(kT)(2)

3.4 用Z变换法求解下例差分方程: 答：（1）f(k1)f(k)ay(kT)(2)kk,f(0)0

（2）f(k2)3f(k1)2f(k)r(k)其中f(0)f(1)0，且k0 时f(k)0;0r(k)1k0k0,1,2,k

f(kT)k12

（3）y(k)2y(k1)k1 其中 y(0)1

10(2)13k9ky(kT)

3.5 利用劳斯判据，决定下列单位负反馈系统闭环稳定时，K的取值范围。（1）Gk(z)K(0.1z0.08)(z1)(z0.7)K(0.1z0.08)z(z1)(z0.7)答：0K3.75

(2)Gk(z) 答：0K1.23

3.6 已知下列系统的特征方程，试判别系统的稳定性。

（1）z1.5z90 答：系统不稳定。（2）z2z2z0.50 答：系统不稳定。（3）z1.5z0.25z0.40 答：系统稳定。

3.7 设离散系统的框图如图所示，试确定闭环稳定时K的取值范围.（其中T=1s,K1=2 T1=1)32322_题图3.7 单位反馈闭环系统框图

答：

HG(z)20.736(z1.717)(z1)(z0.368)zz(0.736K1.368)(0.3681.264K)0

0K0.5

3.8 用长除法或Z反变换法或迭代法求下列闭环系统的单位阶跃响应。（1）Gc(z)z0.53(zz0.5)2

答：y(kT)13r(kTT)1316r(kT2T)y(kTT)0.5y(kT2T)56y(3T)76 即：y(T)

y(2T)

（2）Gc(z)答： 0.5zzz0.52

Y(z)0.5z1z21.25z31.25z41.125z5z60.9375z7y(0)0,y(T)0.5,y(2T)1,y(3T)1.25,y(4T)1.25,y(5T)1.125 y(6T)1,y(7T)0.9375,

（3）Gc(z)0.05(z0.904)(z1)(z0.819)0.05(z0.904)

答： y(kT)0.05r(kTT)0.045r(kT2T)1.769y(kTT)0.864y(kT2T)

y(0)0,y(T)0.05,y(2T)0.183,y(3T)0.376,

3.9 开环数字控制系统如图所示，试求Y(z)、y(0)、y(∞).已知：E(s)1s

（1）数字调节器: u(k)u(k1)e(k1)

被控对象： Gp(s)1s

（2）数字调节器: u(k1)0.5e(k1)0.95e(k)0.995u(k)

1(s1)(s2)被控对象： Gp(s)答：（1）Y(z)Tz(z1)(z1)z2(z1)2

y()y(0)0

（2）Y(z)[zzeTz2(ze2T)]0.5z0.95z0.995

y()45y(0)0

3.10 设系统如图所示，试求系统的闭环脉冲传递函数。

_

答：

G(z)G1(z)G2(z)1G1(z)G2(z)

3.11 设系统如图所示，试求:（1）系统的闭环脉冲传递函数。（2）判定系统的稳定性。

（3）分别求系统对单位阶跃输入和单位斜坡输入时的稳态误差。

_ 答：

（1）GB(z)1.7z0.3z0.7z0.32

（2）系统稳定。（3）单位阶跃输入

ess0

单位斜坡输入时

ess0.5第四章

4.1 已知系统的运动方程，试写出它们的状态方程和输出方程：（1）y(3)5y(2)y2yu2u 答：

x10x202x3y1101015x10x21ux33

0x10x2x3

（2）y(3)3y(2)2yu

答：

x10x200x3y1102013x10x20ux31

0x10x2x3 2uu

（3）y(3)3y(2)2yyu(2)答：

x10x201 x3y1102013x11x21ux32

0x10x2x3

4.2 已知下列系统的传递函数, 试写出它们的状态方程和输出方程：（1）G(s)答：

x10x205 x35323s2s53s6s9s15322

103012x1x2x3x10x20ux31

y13

（2）G(s)答： 5s2s3s2s532

x10x205 x3y2102013x10x20ux31

5x10x2x32s1s7s14s832

4.3 已知系统的传递函数G(s)答：

x11x200x31y332 , 试写出其状态方程,使状态方程为对角阵。

020004x11x21ux31

x17x26x3

4.4 已知系统的传递函数G(s)答：

x11x200x3y12s6s5s4s5s2322 , 试写出其状态方程,使状态方程为若当标准型。

110002x10x21ux31

1x11x2x3

4.5已知下列离散系统的差分方程为：（1）y(k2)3y(k1)2y(k)4u(k)

（2）y(k2)5y(k1)3y(k)u(k1)2u(k)输出为y(k)， 试分别写出它们的状态方程和输出方程。

答：

x1(kTT)0x2(kTT)2y(kT)113x1(kT)0u(kT)x2(kT)4（1）

x1(kT)0x2(kT)

（2）

x1(kTT)0x2(kTT)3y(kT)115x1(kT)1u(kT)x2(kT)3

x1(kT)0x2(kT)

4.6 已知离散系统脉冲传递函数G(z)态方程。

答：直接程序法

x1(kTT)0x2(kTT)6y(kT)515x1(kT)0u(kT)x2(kT)1z2z1z5z622 ,试分别用直接程序法和分式展开法求系统的离散状

x1(kT)3u(kT)x2(kT)

分式展开法

x1(kTT)2x2(kTT)0y(kT)103x1(kT)1u(kT)x2(kT)1

x1(kT)4u(kT)x2(kT)

4.7 求解下系统的时间相应。已知：X答：

1x1(t)34t3

ex2(t)440301X(t), 初始状态X(0)=0 40

4.8 设系统的状态方程：X(k1)FX(k)Gu(k)y(k)CX(k)

0F0.1611,G,C1110

已知输入：u(k)=1 ,(k≥0)x1(0)1X(0) 初始状态: 

x2(0)1试求：（1）系统的状态转移矩阵F；(2)状态方程的解X(k)；(3)系统的输出y(k)。

答：（1）

4(0.2)(0.8)3kk0.8(0.2)0.8(0.8)3kkk(kT)Fk5(0.2)5(0.8)3

kk(0.2)4(0.8)3kk

（2）

x1(kT)3.185(0.8)2.83(0.2)1.389 kkx2(kT)1.956(0.8)0.567(0.2)0.389kk（3）

y(kT)x1(kT)3.185(0.8)2.83(0.2)1.389

kk

1X(k1)4.9 已知离散系统的状态空间表达式，0.2y(k)10.51.2X(k)u(k)10.5，初始状态X(0)=0 0X(k)试求系统的Z传递函数: G(z)答：

G(z)Y(z)U(z)Y(z)U(z)

1.2z0.95z2z0.92

0.44.10 已知离散系统的状态方程: X(kTT)0.60.60.6试判断系统的稳定性。X(kT)u(kT)，0.60.4答：系统稳定。

作业三

第五章

5.1已知连续系统的传递函数:（1）G(s)2(s1)(s2)；（2）G(s)sas(sb)，试用冲击不变法﹑阶跃不变法﹑零极点匹配法﹑双线性变换法、差分变换法，将上述传递函数转换为等效的Z传递函数.取采样周期T=0.1s.答：

（1）冲击不变法 G(z)2zzeaT2zze2T

z(z1)abb2（2）阶跃不变法 G(z)Tz2bab2b(z1)zzebT

5.2 已知比例积分模拟调节器D(s)=Kp+Ki/s ,试用后向差分法和双线性变换法求数字调节器D（z）及其控制算法。

答：后向差分法 D(z)Kp

双线性变换法 D(z)Kpz0.7z0.2KiT(z1)2(z1)KiTzz1

5.3 已知Z传递函数G(z)答：

G(ejT ,试分析其频率特性，并判断它是低通滤波器还是高通滤波器。)eejTjT0.70.222

G(ejT

()tg1)(cosT0.7)sinT(cosT0.2)sinT22sinTcosT0.7tg1sinTcosT0.2

具有高通特性。

5.4 已知系统的差分方程为: y(k)0.8y(k1)x(k)2x(k1), 其中x(k)为输入序列，y(k)为输出序列.试分析其频率特性.答：

G(ejT)eejT20.822jT

G(ejT

2)(cosT2)sinT(cosT0.8)sinT2()tg1sinTcosT2tg1sinTcosT0.8

具有高通特性。

5.5 已知低通滤波器D(z)0.5266zz0.4734 , 求D（z）的带宽ωm..取采样周期T=2ms。

答： m695弧度/s

5.6 已知广义对象的Z传递函数HG(z)0.05(z0.7)(z0.9)(z0.8),试设计PI调节器D(z)=Kp+Ki/(1-z)，使

-1速度误差ess=0.1，取采样周期T=0.1s。答： D(z)2.115

5.7 已知D(s)10.15s0.05s0.2351z1 ,写出与它相对应的PID增量型数字控制算法。

答： u(kT)20Te(kT)3e(kT)3e(kTT)u(kT)u(kTT)u(kT)

第六章

6.1 试述在最少拍设计中，系统的闭环Z传递函数Gc(z)和误差Z传递函数Ge(z)的选择原则。

答：最少拍设计中，系统的闭环Z传递函数Gc(z)和误差Z传递函数Ge(z)的选择原则：（1）为了保证D(z)的可实现性，应选择Gc(z)含有HG(z)的Z-r因子。

（2）为了保证D(z)的稳定性，应选择Gc(z)具有与HG(z)相同的单位圆上(除Z＝l外)和单位圆外的零点。

1（3）为了保证系统的稳定性，应选择Ge(Z)含有(1piz)的因子，pi是HG(z)的不稳定的极点。因为： Gc(z)D(z)HG(z)Ge(z)只能用Ge(z)的零点来抵消HG(z)中不稳定的极点.m（4）为了使调节时间最短(最少拍)，应选择Ge(z)中含有(1-Z-1)因子(m＝l，2，3)是典型输入信号Z变换R(z)中分母的因子。（5）保持Ge(z)与Gc(Z)有相同的阶次。Gc(z)1Ge(z)

6.2 最少拍控制系统有哪几种改进设计方法。

答：最少拍控制系统改进设计方法有：

调节器的设计方法的改进:惯性因子法，延长节拍法，换接程序法。

6.3 已知不稳定的广义对象：HG(z)2.2z1111.2z, 试设计单位阶跃作用下的最少拍调节器。

答：D(z)0.2z1.22.2(z1)

6.4 已知的广义对象Z传递函数: HG(z)最少拍无波纹调节器。

答：

D(z)0.83(10.286z10.78z110.265z1(12.78z11)(10.2z11)(1z)(10.286z)，试设计单位阶跃作用下的)20.12z

6.5 设系统的结构如下图所示，被控对象Wd(s)位阶跃作用下的最少拍调节器D(z)。

10s(10.1s)(10.05s),采样周期T=0.2s , 试设计单_

答：

HG(z)0.761z(1z1

(11.133z11)(10.047z)(10.135z111)1

D(z))(10.018z1)

0.616(10.018z(10.531z1)(10.135z1))(10.047z)

6.6 已知被控对象G(s)1s(s2),采用零阶保持器，采样周期 T=0.1s.试用W变换法设计数字调节器，要求相位裕度γ=50°,幅值裕度Kg>10dB,速度稳态误差系数Kv=5s

-1。

_

答：

GK(z)0.018K(z1)(z1)(z0.819)5w(112w)1GK(w)D(w)10.622w10.305w

D(z)1.92(10.851z(10.714z1))

6.7 已知被控对象的传递函数G(s)e10s100s1e10s，取采样周期 T=5s.试用大林算法设计数字调节器D(z),期望的闭环传递函数为Gc(s)20s11。

答： D(z)

4.51(10.951z10.779z1)30.221z

第五篇：计算机控制系统授课教案

计算机控制系统

授 课 教 案

主讲教师：涂继亮 博士

南昌航空大学信息工程学院电子信息工程系

2015年3月